Jste zde

Oddělené napájení jen s kapacitami

Jan Robenek, 4. Březen 2011 - 0:00

S integrovaným obvodem MAX256, určeným pro zapojení izolovaných napájecích zdrojů (H – můstek), zpravidla budíme primární vinutí transformátoru. Kromě toho ale můžeme budit i dvojici kondenzátorů a nahradit tak během přenosu výkonu a zajišťování oddělení jinak nezbytné indukčnosti. Více v aplikační poznámce Maximu č. 4553 s názvem Isolated Power Using Capacitors.

Izolované napájecí napětí si zpravidla generujeme pomocí transformátoru, ale jde to i s kapacitami. V některých systémech mohou být takové kondenzátory upřednostněny právě požadavky na rozměry či cenu daného řešení. Na obr. 1 vidíme zapojení integrovaného obvodu

MAX256,
3W Primary-Side Transformer H-Bridge Driver for Isolated Supplies,

kontroléru a budiče pro izolované napájecí zdroje. Jeho oscilátor, ochranná struktura a také interní budiče, složené z FET, do primárního vinutí připojeného transformátoru běžně dodají až 3 W výkonu. V tomto případě však budeme budit dvojici kondenzátorů, kterými nahrazujeme transformátor i s jeho izolační funkcí během přenosu výkonu. Pokud je Vám označení MAX256 nějak povědomé, pak vězte, že jsme se s ním setkali již dříve a to v 13. pokračování našeho seriálu s názvem Návrh PLC očima vývojáře – 13. část (Napájecí zdroje – příklady).

Obr. 1: Takto jednoduše lze generovat kapacitně oddělené výstupní napětí

Nastavitelný spínací kmitočet integrovaného obvodu (100 kHz až 1 MHz) umožňuje zapracování malých izolačních kapacit, jak ostatně vyplývá z níže uvedené rovnice, zohledňující impedanci kondenzátoru na frekvenci 1 MHz. Pro malé výstupní výkony budou ztráty zanedbatelné.

Komplementární budicí signály integrovaného obvodu (ST1 a ST2) obdélníkového průběhu jsou navázány izolačními kondenzátory a celovlnně usměrněny připojenými diodami, čímž dochází k výrobě odděleného výstupního napětí. Vysoký spínací kmitočet rovněž umožňuje použití malé výstupní kapacity. Budeme – li ignorovat ztráty, vznikající během spínání, můžeme za výstupní napětí položit následující rovnítko:

Zapojení vyhovuje aplikacím, ve kterých bude případný rozdíl na izolační bariéře neměnný. (Kondenzátory zajišťují oddělení v DC oblasti, ale již ne pro střídavé, AC signály.) V případě naznačených hodnot součástek a při 500 mA zatěžování bude napěťové zvlnění činit něco okolo 10 % stejnosměrné výstupní úrovně. Pokud si budeme přát toto zvlnění dále snížit, můžeme navýšit velikost výstupní kapacity. Mezi další charakteristiky zapojení řadíme

odezvu po připojení napájecího napětí s 8 Ω zátěží (~0,5 A) – viz obr. 2,
odezvu na zapnutí napájení, ale bez zátěže – viz obr. 3 či
přechodovou odezvu na zatížení, kterou získáváme připojením 8 Ω zátěže k nezatíženému výstupu – viz obr. 4.

(Pro obr. 2 až 4 platí, že kanál č. 3 reprezentuje napájení Vcc, tj. +5 V, a kanál č. 4 napětí na výstupní kapacitě.)